קשה להסביר חורים שחורים סופר-מאסיביים (SMBH). ייחודיות גרגנטואית אלה נחשבות במרכז כל גלקסיה גדולה (לדרך שביל החלב שלנו), אך נוכחותן שם מתריסה לפעמים מההסבר הקל. ככל הידוע, נוצרים חורים שחורים כאשר כוכבים ענקיים קורסים. אבל ההסבר הזה לא מתאים לכל העדויות.
תיאוריית התמוטטות הכוכבים עושה עבודה טובה בהסבר לרוב החורים השחורים. בתיאוריה זו, כוכב מסיבי לפחות פי חמישה יותר מהשמש שלנו מתחיל להיגמר הדלק בסיום חייו. מכיוון שהלחץ כלפי חוץ של המיזוג הגרעיני של כוכב הוא התומך בו כנגד כוח הכבידה כלפי פנים מהמסה שלו, משהו צריך לתת כאשר הדלק אוזל.
הכוכב עובר פיצוץ היפרנובה ואז מתמוטט על עצמו. מה שנשאר זה חור שחור. אסטרופיסיקאים חושבים ש- SMBH מתחילים בדרך זו, וצומחים לגדלים העצומים שלהם בעצם 'ניזונים' מחומר אחר. הם מתנפחים בגודלם, ויושבים במרכז כוח המשיכה שלהם, כמו עכביש שמשמין באמצע רשתו.
הבעיה עם ההסבר הזה היא שלוקח זמן רב לקרות.
בחוץ ליקום, מדענים הבחינו ב- SMBH עתיקים. במארס השנה הודיעה קבוצת אסטרונומים על גילוים של 83 SMBH שהם כה עתיקים עד שהם התריסו נגד הבנתנו. בשנת 2017 גילו אסטרונומים חור שחור של 800 מיליון מסת שמש שהוקם במלואו רק 690 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. הם התרחשו בימים קדומים יותר של היקום, לפני שהיה זמן לצמוח לצורות העל-מסיביות שלהם.
רבים מה- SMBHs הללו הם מאסיבי מיליארדים יותר מהשמש. הם נמצאים במשמרות כה אדומות עד שהם בטח נוצרו ב 800 מיליון השנים הראשונות אחרי המפץ הגדול. אבל זה לא מספיק זמן שמודל התמוטטות הכוכבים מסביר אותם. השאלה שעומדת בפני אסטרופיסיקאים היא, איך החורים השחורים האלה נהיו גדולים כל כך בזמן כה קטן?
זוג חוקרים באוניברסיטה המערבית באונטריו, קנדה, חושבים שהם הבינו את זה. יש להם תיאוריה חדשה הנקראת 'קריסה ישירה' שמסבירה את ה- SMBH's העתיקים להפליא.
מאמרם נקרא "הפונקציה ההמונית של חורים שחורים סופר-מסיביים בתרחיש הקריסה הישירה" ומתפרסם בכתב העת The Astrophysical Journal Letters. הכותבים הם שנטאנו באסו וארפן דאס. באסו הוא מומחה מוכר בשלבים המוקדמים של היווצרות כוכבים והתפתחות דיסק-פרוטנליטרית. הוא גם פרופסור לאסטרונומיה באוניברסיטה המערבית. דאעש הוא גם מהמחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה המערבית.
תיאוריית ההתמוטטות הישירה שלהם אומרת כי החורים השחורים-סופר-מסיביים נוצרו במהירות רבה בפרקי זמן קצרים מאוד. ואז לפתע, הם הפסיקו לצמוח. הם פיתחו מודל מתמטי חדש כדי להסביר את החורים השחורים העתיקים ההולכים ומתעצבים במהירות. הם אומרים שמגבלת אדינגטון, שהיא איזון בין כוח הקרינה החיצוני של הכוכב לכוח הכבידה הפנימי, ממלא תפקיד.
בחורים השחורים האלה שהתמוטטו ישירות, מגבלת אדינגטון מווסתת את הגידול המוני, והחוקרים אומרים כי החורים השחורים הקדומים האלה יכולים אפילו לעלות על גבול זה בכמות קטנה, במה שהם מכנים אמירות סופר-אדינגטון. ואז, עקב קרינה המיוצרת על ידי כוכבים אחרים וחורים שחורים, הייצור שלהם נעצר.
"לחורים שחורים סופר-מסיביים הייתה רק תקופת זמן קצרה בה הם הצליחו לצמוח מהר ואז בשלב מסוים, בגלל כל הקרינה ביקום שנוצר על ידי חורים וכוכבים שחורים אחרים, הייצור שלהם נעצר," מסביר באסו ב- הודעה לעיתונות. "זה התרחיש של קריסה ישירה."
"זו עדות תצפיתית עקיפה לכך שחורים שחורים מקורם בקריסה ישירה ולא משרידים מהממים", אמר באסו.
תיאוריה חדשה זו מספקת הסבר יעיל למה שהיה נושא קוצני באסטרונומיה מזה זמן. באסו מאמין שניתן להשתמש בתוצאות החדשות הללו בעזרת תצפיות עתידיות כדי להסיק את היסטוריית ההיווצרות של החורים השחורים המסיביים ביותר שקיימים בתקופות מוקדמות מאוד ביקום שלנו.
מקורות:
- הודעה לעיתונות: החוקרים מאירים אור על מקורות חור שחור
- נייר מחקר: הפונקציה ההמונית של חורים שחורים סופר-מסיביים בתרחיש הקריסה הישירה
- מגזין החלל: גדול מדי, מוקדם מדי. חור שחור מפלצת נראה זמן קצר לאחר המפץ הגדול
- אוניברסיטת פרינסטון: האסטרונומים מגלים 83 חורים שחורים סופר-מסיביים ביקום המוקדם
- ויקיפדיה: הזוהר של אדינגטון (הגבלה)
